专利名称：用于操作具有多个扭矩曲线的内燃机的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机，尤其是操作采用确定扭矩曲线的内燃机 的方法和系统。
背景技术：
内燃(IC)机可被装于用于道路使用的道路车辆或用于非道路使 用的非道路车辆。用于非道路使用的IC发动机逐步利用电控来满足 国家法规强制执行的排放标准(例如环境保护署(EPA))。先进电子 系统的高成本和复杂性由电子系统带来的新增操作特性抵消。例如新 增电子系统的使用可采用可替换分开的扭矩曲线和/或调节曲线，其 可在某种机械条件下使用。非道路机械是资本货物并且很少，如果有 些，顾客将购买新的机械，如果仅仅以高成本来增加低排放的"特征"。对给定的IC发动机，通常采用预定的具有扭矩(负载)的扭矩 曲线作为发动机速度的函数。在操作中使用的该扭矩曲线确定在给定 发动机速度下的最大输出扭矩。该扭矩或负载是发动机曲轴的转动结 果，例如动力输出。该发动机速度通常由节气门位置确定，电子或机 械的。对相应的发动机扭矩，发动机控制器控制一个或多个发动机控 制参数，来实现理想的输出扭矩。例如，发动机控制器能够控制EGR 系统中废气再循环(EGR)变量(例如稀释一气比)，可变形涡轮增压 系统中的可控单元(VGT)，燃油喷射正时，和/或燃油压力。对给定的IC发动机，发动机被确信采用该发动机一个或多个分 离的扭矩曲线。该排放被证实成本高并且必须对各扭矩曲线进行验 证，这样发动机扭矩曲线的数量保持较少。现有技术中所需的是一种用于可以运用于大量IC发动机的扭矩 曲线，而不必对发动机分离的各扭矩曲线再验证的方法和系统。发明内容本发明包括，在其一种形式中， 一种操作内燃机的方法，包括步 骤确定与至少一个高功率(HP)发动机控制参数和至少一个低功率(LP)发动机控制参数相关的独立变量值；确定至少一个与上扭矩曲 线相关的HP发动机控制参数，取决于独立变量值；确定至少一个与 下扭矩曲线相关的LP发动机控制参数，取决于独立变量值；并且插 入至少一个位于HP发动机控制参数和LP发动机控制参数间的目标发 动机控制参数。本发明包括，在其另一种形式中， 一种操作内燃机的方法，包括 步骤从作业车辆控制器输出扭矩曲线值到发动机控制器，该扭矩曲 线值取决于至少一个车辆控制参数；确定作为下限的下扭矩曲线和作 为上限的上扭矩曲线之间至少一部分的指令扭矩曲线，该发动机控制 器输出至少一个与指令扭矩曲线相关的发动机控制参数。本发明包括，在其另一种形式中， 一种操作内燃机的方法，包括 步骤确定上扭矩曲线，其中从内燃机的废气排放是允许的；确定下 扭矩曲线，其中从内燃机的废气排放是允许的；采用作为下限的下扭 矩曲线和作为上限的上扭矩曲线之间至少一部分的指令扭矩曲线来操 作内燃机。本发明包括，在另一实施例中，用于操作内燃机的控制系统，包 括根据至少一个车辆控制参数输出扭矩曲线值的作业车辆控制器。发 动机控制器接收扭矩曲线值并确定作为下限的下扭矩曲线和作为上限 的上扭矩曲线之间至少一部分的指令扭矩曲线。该发动机控制器输出 至少 一个与指令扭矩曲线相关的发动机控制参数。
附图1是用于操作具有多个扭矩曲线内燃机的本发明系统的示意图；附图2是用于特定发动机的上扭矩曲线、下扭矩曲线和多个插入 指令扭矩曲线的图表；附图3是上扭矩曲线和下扭矩曲线之间特定百分比距离的多个插 入指令扭矩曲线的图表；和附图4-8是用于操作具有多个扭矩曲线的内燃机的本发明方法实 施例的流程图。
具体实施方式
现参考附图，尤其是附图1，表示用于操作IC发动机的本发明 系统10实施例的示意图。系统10是非道路作业车(未标示)的部 分，例如农业拖拉机、联合收割机、建筑设备等。IC发动机配置为柴 油机，但也可配置为火花点燃发动机。IC发动机容量适应于非道路作业车。作业车控制器14位于非道路作业车上并且控制车辆的不同电控 操作。例如在非道路作业车配置为联合收割机的情况下，作业车控制 器14能够控制与位于联合收割机前端进给室连接的切割平台的散播 操作、非传动负载的启动例如卸栽钻等。作业车辆控制器14还接收各种相应车辆控制参数并提供非道路 作业车辆当前状态指示的输入信号。例如，车辆控制参数可包括地面速度、发动机速度、变速比和/或补充指令。发动机速度通常由节气 门位置确定，节气门由操作者启动。虽然通常设置为手控杆，该节气 门提供电信号到作业车控制器14指示当前发动机速度。该补充指令 通常对应于施加在非道路作业车的发动机传动或非传动负载。例如， 该补充指令可以为传动负载例如动力卸栽，和/或阻拉伸载荷，或非 传动负载例如液压载荷，卸载钻等。作业车辆控制器14通过通讯链接18与发动机控制器16通讯。 通讯链接18通常以数据总线或其它电连接的方式；然而也可以取决 于应用的无线链接方式。作业车辆控制器14传送输出信号到发动机 控制器16，包括在形成指令扭矩曲线中采用的一个或多个扭矩曲线 值，其将随后详述。发动机控制器16包括一个或多个存储器，存储器用于存储在IC 发动机操作中采用的一个或多个发动机控制参数。发动机控制器16 表示为与IC发动机12分离，但可以是IC发动机12电子设备的一整 体部分。在所示实施例中，用于IC发动机12操作的发动机控制参数 包括许多HP发动机控制参数和许多LP发动机控制参数。尤其是，该 HP发动机控制参数包括多个HP排放控制表20和一个HP燃油限制表 22。同样的，该LP发动机控制参数包括多个LP排放控制表24和LP 燃油限制表26。 HP排放控制表20和LP排放控制表24中各单独表沿 上扭矩曲线的离散点对应于不同发动机控制参数，其将随后详述。例 如， 一个排^t控制表对应于EGR系统中的EGR变化(例如稀释-空气 比)，另一表对应于VGT的叶片位置，另一表对应于燃油喷射定时， 还有一表对应于燃油压力(例如高压共轨系统)。各表中的该离散值 在沿上扭矩曲线的离散点对应于HP发动机控制参数值，例如上所述。 同样的，HP燃油限制表22和LP燃油限制表26各包括分别对应于沿 上扭矩曲线和下扭矩曲线IC发动机12的燃油限制设定值。现参考附图2,上扭矩曲线和下扭矩曲线是分离的扭矩曲线，其 中由IC发动机12的废气排放在EPA法规要求内是容许的。采用适当 的官方测试，由IC发动机12的废气排放在上扭矩曲线和下扭矩曲线 是可确保的，例如所谓8模式标准、最大允许排放限制(MAEL)、不 超过条件(NTE)和其它稳定状态和/或瞬时排放条件。采用可选的指 令扭矩，并以上扭矩曲线为上限和下扭矩曲线为下限，或几乎无数多 个形状指令扭矩曲线其中之一，发动机控制器16操作IC发动机12。由于该指令扭矩曲线能够变化至并包括上扭矩曲线和下扭矩曲线，沿 任何指令扭矩曲线的IC发动机12的排放也落入IC发动机12的可允许排放限制中。由于任何指令扭矩曲线的形状已经公知位于上扭矩曲 线和下扭矩曲线之间，沿纵轴(例如速度)的指令扭矩曲线特定扭值 可以矩插入上扭矩曲线和下扭矩曲线之间。现参考附图3,沿指令扭矩曲线X在特定点插入目标发动机控制 参数的方法将详述。沿纵轴或速度轴的特定点P，该HP扭矩值沿上扭 矩曲线，该LP扭矩值沿下扭矩曲线，可以确定。对于HP扭矩值，HP 排放控制表20中的表格之一中确定的目标发动机控制参数相应值可 以确定。同样，对于LP扭矩值，LP排放控制表24中的表格之一中确 定的理想发动机控制参数的值可以确定。对于如附图3所示扭矩曲线 X，由作业车控制器14传送输出到发动机控制器16的扭矩曲线值假 定为25% (即0.25)。这样，扭矩曲线X位于沿速度轴的任意点P从 下扭矩曲线朝上扭矩曲线25%的距离。采用线性插入，扭矩值LP和T 之间的距离是扭矩值LP和HP间距的25%。采用通常的线性插入方法， 扭矩值T的目标发动机控制参数值也能够采用扭矩值LP和H的目标 发动机控制参数值来计算。另一例子，假定为50%的扭矩曲线(即0. 50)，产生指令扭矩曲 线Y，其为沿速度轴的任意点P上扭矩曲线和下扭矩曲线之间距离的 50%。对理想目标发动机控制参数，例如包括在排放控制表20、 24或 燃油限制表22、 26中的一个，在上扭矩曲线和下扭矩曲线的目标发 动机控制参数值可以查找表格来确定，并且沿指令扭矩曲线Y的相应 目标发动机控制参数可以插入。虽然附图3中指令扭矩曲线X和Y表示为上扭矩曲线和下扭矩曲 线之间沿速度轴的任意点P固定成比例的距离，通过与附图2比较显 然可知，指令扭矩曲线不必位于上扭矩曲线和下扭矩曲线之间的固定 比例距离。例如，指令扭矩曲线1、 2或3 (附图2)位于上扭矩曲线 和下扭矩曲线之间的可变比例距离，其直接取决于由作业车辆控制器 14输出并根据确定的非道路车辆当前速度而动态变化的扭矩曲线值。 即，当前确定的地面速度导致扭矩曲线值的变化(在下文中的一个实 施例中指"要求间的百分比")，这依次导致扭矩插入值的变化。然而， 指令扭矩曲线的特定形状必须已知，使能够采用正确的插入方法来获 得沿速度轴任意点P的目标发动机控制参数值。同样地，不必采用线 性插入算法来确定沿指令扭矩曲线点P的目标发动机控制参数值。主 要思想是查找表格来用于确定沿上扭矩曲线和下扭矩曲线的任意点P 的发动机控制参数。该上扭矩曲线和下扭矩曲线的发动机控制参数值 然后用于确定沿指令扭矩曲线相同点P的值。也可以理解，出于存储器中存储能力的考虑，存储沿速度轴离散 点P的发动机控制参数值是不实际的。如果点P的目标发动机控制参 数值是理想的，点P位于发动机控制参数为上扭矩曲线和下扭矩曲线 存储的相邻离散点之间，则其有可能沿速度轴插入，来获得上扭矩曲 线和下扭矩曲线上发动机控制参数的准确值。沿垂直或负载(扭矩) 轴的插入能够按如上述进行。此外，还可以理解，除了采用查找存储器中的表格，还可以计算 上扭矩曲线和下扭矩曲线上发动机控制参数的值。该方法需要额外的 计算马力，其通常不能获得。现参考附图4-8，论述表示本发明用于操作具有多个扭矩曲线的 内燃机方法的实施例流程图。车辆控制参数(例如速度)被用于作为 作业车辆控制器14输入(步骤30)。发动机速度能够由作业车辆中节 气门位置确定。这种发动机控制公知为全速控制；然而当柴油输送主 要是节气门位置的函数但怠速和最大速度由发动机控制器控制时，最 小-最大控制也是可能的。作业车辆控制器14确定并输出以要求(步
骤32)间百分比的形式确定并输出扭矩曲线值，沿发动机速度。该发 动机速度被用于进入HP燃油限制表22 (步骤34 )和LP燃油限制表26(步骤36)。当采用上扭矩曲线作为最大扭矩曲线(HP扭矩曲线燃油 值)和当采用下扭矩曲线作为最大扭矩曲线(LP扭矩曲线燃油值)， 相应最大燃油值可分别在步骤38和40中查找表格而确定。在上述本发明的方法中，节气门位置用于作业车辆参数，来确定 IC发动机设定点的发动机速度。然而，也可以将节气门位置用于要求(步骤32)间百分比的直接指示。采用在步骤32要求间百分比，线性插入方法被用于确定上扭矩 曲线和下扭矩曲线间成比例距离的实际燃油值(步骤42)。该扭矩曲 线燃油值(步骤44)间的结果百分比表示对给定发动机速度下可选指 令扭矩曲线可获得的最大燃油。如果发动机在低于全负荷下工作，则 更少的理想燃油量被使用(步骤46)。理想燃油对该指令扭矩曲线和 发动机速度(步骤48)下所获得的最大值的比值被用于计算查找表格 燃油比例(步骤50)。该查找表格燃油比例乘以在上扭矩曲线所获得的最大燃油倍数 (步骤52)，来确定相应比例的HP查找表格燃油值(步骤54)。同样的，该查找表格燃油比例乘以在下扭矩曲线所获得的最大燃油倍数(步 骤56)，来确定相应比例的LP查找表格燃油值(步骤58)。采用步骤54的上扭矩曲线和发动机速度(步骤60)的比例燃油 值，用于进入一个或多个HP排放控制表(步骤62)，分别对应于一个 或多个发动机控制参数。同样的，采用步骤58的下扭矩曲线和发动 机速度(步骤64)的比例燃油值，用于进入一个或多个LP排放控制 表(步骤66)，分别对应于一个或多个发动机控制参数。该HP表输出 (步骤68 )和该LP表输出(步骤70 )被用于基于要求间的百分比(步 骤74 )的线性插入(步骤72 )，来获得用于控制IC发动机12的一个 或多个目标发动机控制参数设定(步骤76)。这样，采用发动机速度 和要求间的百分比，IC发动机12能够使用可选的扭矩变化范围间并 包括上扭矩曲线作为下限来工作。论述了优选实施例，明显可见，能够作出多个变形而不背离所附 本发明权利要求的范围。
权利要求
1.一种操作内燃机的方法，包括步骤确定与至少一个HP发动机控制参数和至少一个LP发动机控制参数相关的独立变量值；确定至少一个与上扭矩曲线相关的HP发动机控制参数，取决于所述独立变量值；确定至少一个与下扭矩曲线相关的LP发动机控制参数，取决于独立变量值；并且插入位于HP发动机控制参数和LP发动机控制参数间的至少一个目标发动机控制参数。
2. 如权利要求1所述的操作内燃机的方法，其特征在于所述独 立变量是发动机速度。
3. 如权利要求1所述的操作内燃机的方法，其特征在于所述至 少一个HP发动机控制参数和所述至少一个LP发动机控制参数包括EGR 变量、VGT轮叶位置、燃油喷射正时和燃油压力中至少一个。
4. 如权利要求3所述的操作内燃机的方法，其特征在于包括使 用所述至少一个目标发动机控制参数控制所述发动机的步骤。
5. 如权利要求1所述的操作内燃机的方法，其特征在于包括确 定车辆控制参数的步骤，沿所述上扭矩曲线的各特定点和沿所述下扭 矩曲线的各特定点与所述车辆控制参数相关。
6. 如权利要求5所述的操作内燃机的方法，其特征在于所述车 辆控制参数包括地面速度、发动机速度、变速比和附属指令中至少一 个。
7. 如权利要求35所述的操作内燃机的方法，其特征在于所述 驱动系负载包括传动卸载和拉伸负载中至少一个，所述非驱动系负载 包括液压负载。
8. 如权利要求1所述的操作内燃机的方法，其特征在于包括从 作业车辆控制器输出扭矩曲线值到发动机控制器的步骤，所述发动机 控制器插入取决于扭矩曲线值的至少一个目标发动机控制参数。
9. 如权利要求1所述的操作内燃机的方法，其特征在于包括步骤在存储器中存储至少一个HP表，所述各HP表对应于不同的所述HP发动机控制参数，所述各HP表中的值对应于沿所述上扭矩曲线的 不同点；和在存储器中存储至少一个LP表，所述各LP表对应于不同的所述 HP发动机控制参数，所述各LP表中的值对应于沿所述下扭矩曲线的 不同点。
10. 如权利要求7所述的操作内燃机的方法，其特征在于所述至 少一个HP表包括多个HP排放控制表和燃油限制表，并且所述至少一 个LP表包括多个LP排放控制表和燃油限制表。
11. 如权利要求1所述的操作内燃机的方法，其特征在于包括控 制各所述目标发动机控制参数的变化率的步骤。
12. 如权利要求1所述的操作内燃机的方法，其特征在于采用发 动机控制器来插入所述至少一个目标发动机控制参数。
13. —种操作内燃机的方法，包括步骤从作业车辆控制器输出扭矩曲线值到发动机控制器，该扭矩曲线 值取决于至少一个车辆控制参数；和确定作为下限的下扭矩曲线和作为上限的上扭矩曲线之间至少一 部分的指令扭矩曲线，该发动机控制器输出至少一个与指令扭矩曲线 相关的发动机控制参数。
14. 如权利要求13所述的操作内燃机的方法，其特征在于所述 至少一个发动机控制参数包括EGR变量、VGT轮叶位置、燃油喷射正 时和燃油压力中至少一个。
15. 如权利要求14所述的操作内燃机的方法，其特征在于包括 使用所述至少一个目标发动机控制参数控制所述发动机的步骤。
16. 如权利要求13所述的操作内燃机的方法，其特征在于所述 至少一个车辆控制参数包括地面速度、发动机速度、变速比和附属指 令中至少一个。
17. 如权利要求36所述的操作内燃机的方法，其特征在于所述驱动系负载包括传动卸载和拉伸负载中至少一个，所述非驱动系负载 包括液压负载。
18. 如权利要求13所述的操作内燃机的方法，其特征在于包括 控制各所述发动机控制参数的变化率的步骤。
19. 如权利要求13所述的操作内燃机的方法，其特征在于发动 机控制器确定所述目标扭矩曲线。
20. —种操作内燃机的方法，包括步骤 确定上扭矩曲线，其中从内燃机的废气排放是可接受的； 确定下扭矩曲线，其中从内燃机的废气排放是可接受的；和 采用作为下限的下扭矩曲线和作为上限的上扭矩曲线之间的指令扭矩曲线来操作内燃机。
21. 如权利要求20所述的操作内燃机的方法，其特征在于包括 步骤确定与沿所述上扭矩曲线的特定点相关的至少一个HP发动机控 制参数；确定与沿所述下扭矩曲线的特定点相关的至少一个LP发动机控 制参数；和插入至少一个位于HP发动机控制参数和LP发动机控制参数间的目标发动机控制参数。
22. 如权利要求21所述的操作内燃机的方法，其特征在于所述 至少一个HP发动机控制参数和所述至少一个LP发动机控制参数包括 EGR变量、VGT轮叶位置、燃油喷射正时和燃油压力中至少一个。
23. 如权利要求22所述的操作内燃机的方法，其特征在于包括 使用所述至少一个目标发动机控制参数控制所述发动机的步骤。
24. 如权利要求21所述的操作内燃机的方法，其特征在于包括 确定车辆控制参数的步骤，各沿所述上扭矩曲线的特定点和沿所述下 扭矩曲线的特定点与所述车辆控制参数相关。
25. 如权利要求24所述的操作内燃机的方法，其特征在于所述 车辆控制参数包括地面速度、发动机速度、变速比和附属指令中至少 一个。
26. 如权利要求37所述的操作内燃机的方法，其特征在于所述 驱动系负载包括传动卸载和拉伸负载中至少一个，所述非驱动系负载 包括液压负载。
27. —种操作内燃机的控制系统，包括根据至少一个车辆控制参数输出扭矩曲线值的作业车辆控制器；和发动机控制器，接收扭矩曲线值并确定作为下限的下扭矩曲线和 作为上限的上扭矩曲线之间至少一部分的指令扭矩曲线；所述发动机 控制器输出至少一个与指令扭矩曲线相关的发动机控制参数。
28. 如权利要求27所述的操作内燃机的控制系统，其特征在于 所述至少一个发动机控制参数包括EGR变量、VGT轮叶位置、燃油喷 射正时和HPCR喷射系统中轨道压力中的至少一个。
29. 如权利要求27所述的操作内燃机的控制系统，其特征在于 所述发动机控制器包括至少一个与上扭矩曲线相关的HP排放控制表； 至少一个与下扭矩曲线相关的LP排放控制表；至少一个与上扭矩曲 线相关的HP燃油限制表；至少一个与下扭矩曲线相关的LP燃油限制 表，所述发动机控制器采用所述扭矩曲线值在所述至少一个HP排放 控制表和至少一个LP排放控制表中的值之间插入，并且所述发动机 控制器采用所述扭矩曲线值在所述至少一个HP燃油限制表和至少一 个LP燃油限制表中的值之间插入。
30. 如权利要求27所述的操作内燃机的控制系统，其特征在于 所述扭矩曲线值是从0到1变化的小数值。
31. 如权利要求30所述的操作内燃机的控制系统，其特征在于 所述指令扭矩曲线采用小数的扭矩曲线值插入到所述下扭矩曲线和所 述上扭矩曲线之间。
32. 如权利要求30所述的操作内燃机的控制系统，其特征在于 所述指令扭矩曲线在所述下扭矩曲线和所述上扭矩曲线之间线性地插 入。
33. 如权利要求27所述的操作内燃机的控制系统，其特征在于 所述车辆控制参数包括地面速度、发动机速度、变速比和附属指令中 至少一个。
34. 如权利要求38所述的操作内燃机的控制系统，其特征在于 所述驱动系负载包括传动卸载和拉伸负载中至少一个，所述非驱动系 负载包括液压负栽。
35. 如权利要求6所述的操作内燃机的方法，其特征在于所述附 属指令包括驱动系负载和非驱动系负栽至少之一。
36. 如权利要求16所述的操作内燃机的方法，其特征在于所述 附属指令包括驱动系负载和非驱动系负载至少之一。
37. 如权利要求25所述的操作内燃机的方法，其特征在于所述附属指令包括驱动系负载和非驱动系负载至少之一。
38.如权利要求33所述的操作内燃机的控制系统，其特征在于 所述附属指令包括驱动系负载和非驱动系负载至少之一。
全文摘要
一种操作内燃机的方法，包括步骤确定上扭矩曲线，其中从内燃机的废气排放是允许的；确定下扭矩曲线，其中从内燃机的废气排放是允许的；采用作为下限的下扭矩曲线和作为上限的上扭矩曲线之间至少一部分的指令扭矩曲线来操作内燃机。
文档编号F02D29/02GK101113692SQ200710137089
公开日2008年1月30日 申请日期2007年7月24日 优先权日2006年7月24日
发明者B·E·霍尔陶斯, D·J·格林 申请人:迪尔公司